JP7357355B2 - 検出ユニット - Google Patents

Description

本発明は、配管を流れる流体の流動状態を検出するための検出ユニットに関する。

給湯システムには一般に、適温に調整された湯水を浴槽へ落とし込む落とし込み給湯路のほか、浴槽に溜められた湯水を追い焚きするための追い焚き循環回路が設けられる。このような給湯システムにおいては、落とし込み給湯路及び追い焚き循環回路にフローセンサが設けられ、湯水の流量や循環が検出される。従来、落とし込み給湯路と追い焚き循環回路との接続部に共用の流量検出装置を設ける構成が知られていた。このような流量検出装置は一般に、流れを受けて回転する羽根車を備え、その回転数から流量を検出する（例えば特許文献１）。

特許文献１には、羽根車より下流に二重管構造を有する流量検出装置が開示されている。この流量検出装置は、湯水を二重管構造に沿って旋回させることで羽根車の位置において渦流を誘発する「渦流誘発構造」を有する。

特開２０１７－００９３４９号公報

ところで、給湯システムの施工時において屋外に配置される給湯器と浴槽とを配管で接続する際、屋外に存在していた小石等の異物がその配管に入り込む可能性があった。その場合に、追い焚き時等に異物が流されて流量検出装置へ導かれ、渦流誘発構造によって発生した渦流によって異物がセンサ内に侵入し、羽根車等を破損させる虞があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、外部から侵入した異物の影響を受け難い検出ユニットを提供することにある。

本発明のある態様は、流体の流動状態を検出するための検出ユニットである。この検出ユニットは、直線状の第１流路と、第１流路の途中において接続する第２流路とが内部に設けられた配管状のボディと、第１流路に沿って延在する回転軸を有し、第１流路を通過する流体の流れに応じて回転する回転体と、第１流路における第２流路との接続点への開口部よりも上流側に設けられ、回転軸を回転可能に支持する軸受部と、回転体の回転状態を検出するための検出部と、第２流路における上流側から接続点へ向かう流体を第１流路の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、第１流路における接続点よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造と、第１流路に沿って軸受部の下流側に向けて軸線方向に延在し、接続点の位置でボディと二重管構造を形成する内筒と、を備える。

ボディの内周面と内筒の外周面との間に、第２流路の上流側から接続点に流入した流体を第１流路の軸線周りに旋回させるための環状通路が形成され、ボディは、第１流路における接続点の位置において、接続点より上流側よりも内径及び外径が共に拡径している拡管部を有する。

この態様によると、仮に小石等の異物が第２流路に侵入したとしても、第１流路との接続点に到達したときに、渦流の遠心力によりその異物が拡管部の内周面に押しやられる。ボディを接続点の位置においてその上流側よりも内径及び外径を拡径したことにより、その拡管部の内周面と内筒の開口端との距離を十分に取れるため、異物が渦流により検出部へ導かれることを防止できる。したがって、外部から侵入した異物の影響を受け難い検出ユニットを提供できる。

本発明の別の態様は、流体の流動状態を検出するための検出ユニットである。この検出ユニットは、直線状の第１流路と、第１流路の途中において接続する第２流路とが内部に設けられたボディと、第１流路に沿って延在する回転軸を有し、第１流路を通過する流体の流れに応じて回転する回転体と、第１流路における第２流路との接続点への開口部よりも上流側に設けられ、回転軸を回転可能に支持する軸受部と、回転体の回転状態を検出するための検出部と、第２流路における上流側から接続点へ向かう流体を第１流路の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、第１流路における接続点よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造と、第１流路に沿って軸受部の下流側に向けて軸線方向に延在し、接続点の位置でボディと二重管構造を形成する内筒と、を備える。

ボディの内周面と内筒の外周面との間に、第２流路の上流側から接続点に流入した流体を第１流路の軸線周りに旋回させるための環状通路が形成され、第１流路は、接続点における流路径が接続点より上流側における流路径よりも大きくなるように形成されており、ボディには、第１流路における接続点よりも下流側に位置する下流側通路において、その内壁から下流側通路の軸線へ向けて突出する突出部が設けられている。

この態様によると、仮に小石等の異物が第２流路に侵入したとしても、第１流路との接続点に到達したときに、渦流の遠心力によりその異物が第１流路の内周面に押しやられる。第１流路において、接続点における流路径を、接続点より上流側における流路径よりも大きくしたことにより、第１流路の内周面と内筒の開口端との距離を十分に取れるため、異物が渦流により検出部へ導かれることを防止できる。また、この態様によると、突出部に渦流の回転方向の流れが当たり、その流れが渦流の軸線方向への流れへと変化する。それにより、渦流の軸線方向への流れを促進でき、湯水を効率的に下流側へ流すことができる。第１流路の内周面に押しやられた異物は、その渦流の軸線方向への流れによって下流側へと導かれ易くなる。したがって、外部から侵入した異物の影響を受け難い検出ユニットを提供できる。

本発明によれば、外部から侵入した異物の影響を受け難い検出ユニットを提供することができる。

検出ユニットを中心に給湯システムの概略構成を表す図である。 図１のＡ－Ａ矢視断面図である。 図２のＢ－Ｂ矢視断面図である。 第２ボディを示す図である。 突出部を設けることによる湯水排出の効果について示す図である。 テーパ部を設けることによる湯水の流速の変化について示す図である。 変形例に係る第２ボディの構成を表す図である。 変形例に係る第２ボディの構成を表す図である。 変形例に係る第２ボディの構成を表す図である。 変形例に係る検出ユニットの構成を表す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に部材の位置関係を表現することがある。

図１は、検出ユニットを中心に給湯システムの概略構成を表す図である。

図１に示すように、本実施形態の給湯システムは、適温に調整した湯水を浴槽１３へ落とし込む落とし込み給湯路と、浴槽１３に溜められた湯水を追い焚きするための追い焚き循環回路とを備える。落とし込み給湯路を介した湯水は、給湯配管３２を介して浴槽１３に供給される。給湯配管３２は、接続通路８０と、循環通路８２とに分岐する。接続通路８０及び循環通路８２はいずれも、浴槽１３に接続されている。これらの分岐点Ｐには検出ユニット６８が設けられている。検出ユニット６８は、詳しくは後述するように、フローセンサ付きの分岐配管である。

追い焚き循環回路は、循環通路８２及び接続通路８０によって構成される。循環通路８２には、熱交換器７０及びポンプ８４が配置されている。追い焚き時には、ポンプ８４が駆動される。また、熱交換器７０が熱源として機能する。それにより、浴槽１３から送り出された湯水と熱交換器７０との間で熱交換が行われる。

浴槽１３の湯張りを行うときには、適温にされた湯水が分岐点Ｐにて分岐し、図中実線矢印にて示すように、一方で接続通路８０を介して浴槽１３へ供給され、他方で循環通路８２を介して浴槽１３へ供給される。なお、湯張り時にはポンプ８４が停止され、熱交換器７０は熱源として機能しない。湯張り中の湯水の供給量は、検出ユニット６８の検出値に基づいて算出される。所定流量の湯水の供給が完了すると、湯張りは停止される。

一方、追い焚き時には、図中点線矢印にて示すように浴槽１３内の湯水が熱交換器７０へ向けて送り出され、追い焚き循環回路を循環する。浴槽１３から循環通路８２へと排出された冷めた湯水は、熱交換器７０にて熱交換されて昇温し、接続通路８０を介して再び浴槽１３へと戻される。この追い焚きにより、浴槽１３内の湯水が適温に温められる。

本実施形態では、湯張りを行う際に、検出ユニット６８により検出される湯水の流量の積算値が演算され、その積算値が設定された湯量に達したときに給湯が停止される。それにより、湯張りが完了する。また、追い焚きを行う際にも、その追い焚き循環回路における湯水の循環有無が検出ユニット６８により検出される。すなわち、検出ユニット６８が、湯張りの際の出湯量を検出するためのフローセンサとして機能するとともに、追い焚きの際の湯水の循環有無を検出するためのフロースイッチとしても機能する。検出ユニット６８が後者のフロースイッチとして機能するとき、その循環継続時間により追い焚き終了時間の目安を求めることもできる。

検出ユニット６８は、分岐配管９０とセンサ部９２とを備える。分岐配管９０はＴ字形のボディ９１を有する管継手であり、導入管部９４と導入出管部９６と導出管部９８とを接続し、三方向に開口する。導入管部９４には湯水を導入する導入ポートが設けられ、導入出管部９６には湯水を導入又は導出する導入出ポートが設けられ、導出管部９８には湯水を導出する導出ポートが設けられている。導入管部９４と導出管部９８とは同軸状に接続されて直管部９５を構成し、それらに直交するように導入出管部９６が接続されている。導入出管部９６と導出管部９８とはそれらの接続位置にて直角に曲がる曲がり管部９７を構成する。

導入管部９４は第１開口端１０６を有し、導入出管部９６は第２開口端１０８を有し、導出管部９８は第３開口端１１０を有する。第１開口端１０６は湯水を導入する導入ポートとして機能し、第２開口端１０８は湯水を導入又は導出する導入出ポートとして機能し、第３開口端１１０は湯水を導出する導出ポートとして機能する。これらの開口端はそれぞれ他の配管に分岐配管９０を接続するための接続口である。ボディ９１内には、第１開口端１０６と第３開口端１１０とをつなぐ直線状の第１流路１０５と、第１流路１０５から分岐して第２開口端１０８とつながる分岐流路１０７と、第２開口端１０８と第３開口端１１０とをつなぐ第２流路１０９とが形成される。第１流路１０５と第２流路１０９は、互いの中間部（第１流路１０５における分岐流路１０７への分岐点）にて接続されている。この接続点１１１は、上述した分岐点Ｐと一致する。

直管部９５は、接続点１１１の位置において拡径する拡管部１４１を有する。すなわち、第１流路１０５における接続点１１１の位置での流路径が、第１流路１０５における接続点１１１より上流側での流路径より大きくなるようにボディ９１の内径及び外径が拡径されている。

ボディ９１は、Ｔ字形状の第１ボディ９３と直管状の第２ボディ９９とからなる。第１ボディ９３は導入管部９４、導入出管部９６及び拡管部１４１を構成し、第２ボディ９９は導出管部９８を構成する。第１ボディ９３はまた、拡管部１４１に連設され直管部９５と同軸状である接続部１０２を有している。接続部１０２には、第２ボディ９９が直管部９５と同軸状になるように組付けられる。第２ボディ９９は接続部１０２の内方（第１ボディ９３の内方）に上流側半部が配設され、第１ボディ９３の外方に下流側半部が配設される。第２ボディ９９の構造や接続部１０２への組付け態様について詳細は後述する。

第２ボディ９９の外周面のうち、接続部１０２と対向する位置には、環状凹部１１９が設けられている。環状凹部１１９には環状のシール部材１２３が嵌着されている。すなわち、第２ボディ９９の外周面と接続部１０２（第１ボディ９３）の内周面との間には、シール部材１２３が介装される。この構成により、第２ボディ９９と第１ボディ９３との間のクリアランスを介した湯水の漏れが防止される。

第１開口端１０６は、給湯配管３２の端部に接続される。第２開口端１０８は、循環通路８２に接続される。第３開口端１１０は、接続通路８０に接続される。このようにして、分岐配管９０は接続通路８０および循環通路８２と、給湯配管３２との接続部を形成する。

湯張り時（給湯時）には、図中実線矢印にて示すように、給湯配管３２から第１開口端１０６を介して導入された湯水が、接続点１１１にて分岐するように流れる。すなわち、その湯水は、一方で接続点１１１をそのまま直進して第３開口端１１０を介して接続通路８０へ導かれ、他方で接続点１１１にて９０度進行方向を変え、第２開口端１０８を介して循環通路８２へ導かれる。一方、追い焚き時には、図中点線矢印にて示すように、循環通路８２から第２開口端１０８を介して導入された湯水が、接続点１１１にて９０度進行方向を変え、第３開口端１１０を介して接続通路８０へ導かれる。

センサ部９２は、羽根車（回転体）の回転に基づいて検出信号を出力する回転式のフローセンサからなる。センサ部９２は、センサ本体１１２と検出部１１４とを備える。センサ本体１１２は、有底円筒状のボディ１１６と、ボディ１１６の軸線に沿って延在する回転軸１１８と、回転軸１１８に固定された羽根車１２０（「回転体」として機能する）を含む。ボディ１１６の上流側開口端部には、整流器１２１が嵌着されている。

羽根車１２０は、回転軸１１８を中心に放射状に延設された４枚の羽根１２２を有する。羽根１２２は平羽根からなり、回転軸１１８の外周面に９０度ごとに設けられている。本実施形態では、これらの羽根１２２を磁性粉が混合された樹脂材のモールド成形により得ており、隣接する羽根１２２が異なる磁極を示すように構成されている。すなわち、隣接する平羽根にＮ極とＳ極とを交互に着磁させている。変形例においては、永久磁石等を羽根１２２の表面や内部に固定してもよい。

検出部１１４は磁気センサからなり、例えばリードスイッチやホール素子等磁界の変化を検出するセンサ素子を用いることができる。なお、検出部１１４は羽根車１２０の回転状態を検出できればよく、その種類は適宜選択できる。検出部１１４は、羽根車１２０の側方の配管壁内に埋設されているが、配管外面に配置してもよい。

回転軸１１８は、例えば金属や樹脂で形成することができる。回転軸１１８は、ボディ１１６の底部中央に設けられた第１軸受１２４と、整流器１２１の中央に設けられた第２軸受１２６とにより回転自在に二点支持されている。

すなわち、ボディ１１６の底部には、内方に向けてやや突出する円ボス状の第１軸受１２４が設けられている。ボディ１１６の底部における第１軸受１２４の周囲には、内外を連通する複数の連通孔１２８が設けられている。第１軸受１２４は、ボディ１１６の端部にて放射状に配設される複数のステー（不図示）により支持されている。隣接するステー間に連通孔１２８が形成されている。

一方、整流器１２１は、リング状の本体の中央部に軸部を有し、その軸部の回転軸１１８との対向面に設けられた嵌合溝により第２軸受１２６が構成されている。回転軸１１８の上流側端部が第２軸受１２６に摺動可能に挿通されている。一方、回転軸１１８の下流側端部が第１軸受１２４に摺動可能に挿通されている。第１軸受１２４および第２軸受１２６は、「軸受部」として機能し、いずれも第１流路１０５における接続点１１１の上流側に位置する。

整流器１２１は、湯水が第１流路１０５を流れるときに羽根車１２０の上流側近傍にて渦流を生成する。すなわち、上述のように羽根車１２０の羽根１２２が回転軸１１８に対して平行な平羽根からなる場合、羽根１２２を回転させるための湯水の流れは、渦巻き状の軸流であることが必要となる。このため、整流器１２１には、羽根車１２０の上流側に渦流を形成するための複数枚の整流羽根１３２が配設されている。この整流羽根１３２は、軸線周りに捩じられたスクリュー状に形成されている。本実施形態では、３枚の整流羽根１３２が等間隔で配置されている（図１には一枚のみ表示）。

複数枚の整流羽根１３２は、外縁部分で環状に連結されて整流リングを形成している。給湯配管３２から第１開口端１０６を介して流れ込む湯水は、整流羽根１３２を通過することにより、その整流羽根１３２の捩れに応じた渦流となり、羽根車１２０に導かれる。その結果、羽根車１２０は、渦流の軸流速度、つまり湯水の流速に応じた回転速度で回転することになる。そして、羽根車１２０の回転速度に応じた磁界の変化を検出部１１４にて検出することにより、第１開口端１０６から流入する湯水の流量を算出することができる。図示しない演算部は、この流量を積算することにより、浴槽１３への注湯量を算出することができる。この演算部は、給湯システムの制御部の一部を構成するが、制御部とは別に構成されてもよい。例えば、検出部１１４と一体または検出部１１４に隣接して配置してもよい。

図示を省略するが、ボディ１１６の円筒側面の一部は平坦部（Ｄカット形状）とされている。また、センサ本体１１２を受け入れる第１ボディ９３の内壁も同様に平坦部とされている。センサ本体１１２を第１ボディ９３内に組み付ける際には、これらの平坦部同士の係合により、センサ本体１１２の軸線周りの回転方向の位置決めを正確に行うことができる。回転軸１１８の軸線は、第１流路１０５の軸線に一致する。センサ本体１１２の第１ボディ９３に対する軸流方向の位置決め（圧入量）は、第１ボディ９３の内壁面に形成された段部１３４にボディ１１６の底部（第１軸受１２４側の端部）を当接させることで行える。

検出ユニット６８は、第１流路１０５に沿って軸線方向に延在し、接続点１１１の位置で拡管部１４１と二重管構造を形成する内筒１３６を有する。内筒１３６は、第１ボディ９３と一体に設けられ、接続点１１１の上流側から接続点１１１の中央に向けて円筒状に延在する。第２流路１０９において接続点１１１よりも上流側に位置する上流側流路１４２と、接続点１１１よりも下流側に位置する下流側通路１４４とは、接続点１１１にて直交する。下流側通路１４４は、第１流路１０５の下流側通路でもあり、内筒１３６と同軸状に設けられる。このように内筒１３６を配置したことにより、拡管部１４１の内周面と内筒１３６の外周面との間に環状通路１３８が形成される。

内筒１３６の外周面には、第１流路１０５の軸線Ｌ１（つまり、第２流路１０９の下流側通路１４４の軸線Ｌ１）に対して対称となる態様でテーパ部１３７が設けられている。テーパ部１３７は内筒１３６において、その外径が内筒１３６の開口端から基端側に向けて大きくなるように設けられている。すなわち、内筒１３６は、基端側ほど肉厚が大きくなるように設定されている。この構造により、本実施形態の環状通路１３８は、テーパ部１３７を設けない場合に比べて断面積が小さくなるように設定されている。

図２は、図１のＡ－Ａ矢視断面図である。
図２に示すように、第２流路１０９における接続点１１１の上流側には、第１流路１０５における接続点１１１より上流側の位置にて渦流を発生させるための渦流誘発構造が設けられている。渦流誘発構造は、第２流路１０９の上流側流路１４２の軸線Ｌ２を第１流路１０５の軸線Ｌ１に対してねじれの位置に設定することにより実現されている。

より具体的には、第２流路１０９にて接続点１１１へ向かう湯水を第１流路１０５の軸線Ｌ１に対して片側に偏った位置に導くことにより、第１流路１０５における接続点１１１の位置に渦流を発生させることができる。追い焚き時に第２開口端１０８を介して湯水が導入されると（図中点線矢印参照）、その湯水は上流側流路１４２における接続点１１１への開口部１４３をとおって接続点１１１に導かれる。この湯水は、図中二点鎖線にて示すように、第２開口端１０８側からみて奥方の管壁面の片側半部に突き当たり、拡管部１４１の内周面に沿って旋回しつつ下流側に導かれるようになる。この湯水の旋回流が渦流を生成する。

図３は、図２のＢ－Ｂ矢視断面図である。図３の矢視断面図は、図１におけるＸ－Ｘ矢視断面図と同一である。
接続点１１１の位置で発生した渦流は、軸線Ｌ１を中心としたものになり、第１流路１０５における接続点１１１の上流側にも渦を誘発する。その際、環状通路１３８が、上流側流路１４２から開口部１４３をとおって接続点１１１に流入する流体の一部を、軸線Ｌ１周りに旋回させるように導く。これにより、接続点１１１における渦流の生成が促進される。本実施形態では図示のように、開口部１４３が長円状ないし長方形状をなし、環状通路１３８に開口している。

上述した渦流誘発構造により誘発された渦流は、羽根車１２０を回転させることができ、その回転が検出部１１４（図１参照）により検出される。すなわち、羽根車１２０は、第２流路１０９を流れる湯水によっても、その流速に応じた回転速度で回転することになる。そして、羽根車１２０の回転速度に応じた磁界の変化を検出部１１４で検出することにより、図示しない演算部は、第２流路１０９を流れる湯水の流量を算出することができる。

なお、本実施形態では、演算部は、第２流路１０９を流れる湯水によって羽根車１２０が回転している場合は、湯水が流動しているか否かのみを検出する。つまり、本実施形態では基本的に、羽根車１２０をフロースイッチとして利用する。変形例においては、羽根車１２０を湯水の流量を算出するためのフローセンサとして用いてもよい。

図４は、第２ボディ９９を示す図である。図４（Ａ）は断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＣ方向矢視図である。図４（Ａ）に示される断面は、図３に示される断面と同一である。

図４（Ａ）―（Ｂ）に示すように、第２ボディ９９は円筒状となっている。第２ボディ９９の内周面には、その上流側開口端１０１から中央部にかけて縮径部１４９が設けられている。縮径部１４９は、下流側へ向けて縮径するテーパ形状を有する。縮径部１４９の内周面には、半径方向内向きへと突出する突出部１４７が４つ設けられている。突出部１４７は、下流側通路１４４の軸線Ｌ１と平行に伸びるリブである。４つの突出部１４７はそれぞれ、縮径部１４９の周方向に９０度ずつの間隔で配置されている。突出部１４７は、上流側開口端１０１から縮径部１４９におけるテーパ面の途中まで軸線方向に延在している。

図４（Ｂ）に示すように、第２ボディ９９の外周面には一対のフランジ部１１５が設けられている。フランジ部１１５の端部には、ねじ（後述）を挿通するための挿通部１１７が設けられている。本実施形態において挿通部１１７は、第２ボディ９９の軸線Ｌ１に対して対称な位置に２つ設けられている。

図１に戻り、第２ボディ９９の第１ボディ９３への組付け態様について説明する。
接続部１０２の端面１０３には、２つねじ穴１１３が軸線Ｌ１に対称な位置に設けられている。挿通部１１７とねじ穴１１３とを同軸に配置するように第２ボディ９９を第１ボディ９３に組付け、ねじ１５を挿通して締結する。これにより、ねじ１５のねじ頭と端面１０３との間にフランジ部１１５が挟持され、第２ボディ９９が第１ボディ９３に固定される。

上述した突出部１４７は、第１流路１０５における接続点１１１よりも下流側の流路（下流側通路１４４）において、ボディ９１の内壁から半径方向内向きへと突出する部分ともいえる。また、縮径部１４９はこの下流側通路１４４において、下流側へ向かう方向で縮径する部分ともいえる。

ところで、給湯システムの施工時において屋外に配置される給湯器と浴槽とを配管で接続する際、屋外に存在していた小石等の異物がその配管に入り込むことがある。追い焚き時に循環する湯水とともにこれらの異物が第２流路１０９に入り込むと、渦流とともに異物がセンサ部９２に導かれる可能性がある。その結果、異物が羽根車１２０等を破損させる虞がある。

そこで、本実施形態ではこのような事態を回避又は少なくとも抑制するために、第１ボディ９３に拡管部１４１を設けている。図１に関連して説明したとおり、拡管部１４１は第１流路１０５における接続点１１１の位置に設けられている。拡管部１４１での流路径が、第１流路１０５における接続点１１１より上流側での流路径より大きくなるように、拡管部１４１の内径及び外径が拡径されている。また、拡管部１４１の内周面と内筒１３６の外周面との間に環状通路１３８が形成されている。図３に関連して説明したとおり、環状通路１３８に導かれた流体は渦流となる。この構成により、仮に第２流路１０９内に異物が混入したとしても、その異物が渦流の遠心力によって拡管部１４１の内周面に押しやられる。

本実施形態では、拡管部１４１を設けることで、接続点１１１におけるボディ９１（第１ボディ９３）の内周面と内筒１３６の開口端との間の距離を十分に大きくしている。言い換えれば、接続点１１１におけるボディ９１の内径を十分に大きくするために、本実施形態においてはボディ９１を接続点１１１において拡管している。この構成により、異物が内筒１３６の開口端からセンサ部９２側へ流れることを抑制している。したがって、検出ユニット６８は羽根車１２０等の破損を防止できる。

一方、第１ボディ９３を拡管（拡径）したことにより、湯水が接続点１１１から第１流路１０５の下流側へ流れにくくなるという問題が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では図３に示したとおり、第２ボディ９９の内周面（つまり、下流側通路１４４）において湯水を下流側へ流れやすくするために突出部１４７を設けている。突出部１４７を設けることによる効果について以下に詳述する。

図５は、突出部１４７を設けることによる湯水排出の効果について示す図である。図５（Ａ）は、本実施形態として突出部１４７を設けた場合の湯水の流れをＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）により解析した結果を示す図である。図５（Ｂ）は、比較例として突出部１４７を設けない場合の解析結果を示す図である。これらの図においては、検出ユニット６８の内部が着色されて示されており、その向きは図１に対応する。また、湯水の流れは流線によって示され、その流速が濃淡によって示されている。図５（Ａ）、（Ｂ）の説明に際しては便宜上、図１に示す符号を用いることがある。

図５（Ａ）に示すように、本実施形態によれば、上流側流路１４２から接続点１１１に流入した湯水が拡管部１４１において渦流へと変化している。この渦流は拡管部１４１から下流側通路１４４をとおり第３開口端１１０へ向けて延びている。湯水が縮径部１４９を通過するとき、渦流の回転方向成分の一部が突出部１４７の側面に当たり、軸線方向成分へと変化する。したがって、図５（Ａ）に示すように、下流側通路１４４を通過する渦流は拡管部１４１を通過する渦流と比較して軸線方向への流れが速くなっている。つまり、本実施形態の検出ユニット６８は湯水を効率的に導出できる。

これに対し、比較例においては図５（Ｂ）に示すように、拡管部１４１における流線の密度が本実施形態より高い。すなわち、比較例においては湯水が拡管部１４１に留まりやすい。また、比較例においては下流側通路１４４における流線の密度も本実施形態より高い。すなわち、比較例においては、湯水が下流側通路１４４にも溜まりやすく、下流側通路１４４における湯水の軸線方向への流れが本実施形態に比べて遅い。

言い換えれば、本実施形態は突出部１４７を設けることにより、下流側通路１４４における湯水の軸線方向への流れを比較例に比べて速くすることができる。つまり、本実施形態の検出ユニット６８は第２流路１０９から侵入した異物を、湯水の流れによって効率的に下流側へ導くことができる。したがって、異物がセンサ部９２（図１参照）の内方へ流れることを防止できる。その結果、羽根車１２０等の破損を防止できる。

なお、比較例のように、縮径部１４９のテーパ形状のみを有する構成であっても、渦流の回転方向への流れがテーパ面に当たって軸線方向への流れと変化する。すなわち、この構成であっても、渦流を有する湯水を下流へ向けて流れやすくする効果は生じる。本実施形態のように突出部１４７を設けることで、テーパ形状による効果に加えて突出部１４７による効果も発揮され、湯水の下流側へ向かう流れをより促進できる。

図１に関連して説明したとおり、第１ボディ９３は接続点１１１の位置において拡径されている。この構造により、環状通路１３８における流路断面積が大きくなる。図３に関連して説明したとおり、本実施形態においては環状通路１３８が、上流側流路１４２から接続点１１１に流入する流体の一部を軸線Ｌ１周りに旋回させるように導く。これにより、接続点１１１における渦流の生成が促進される。環状通路１３８における流路断面積が大きいと、この位置での渦流の流速が低下する。この流速の低下により、第１流路１０５における接続点１１１の上流側において渦を誘発しにくくなり、追い炊き時において羽根車１２０を十分に回転させることができなくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、テーパ部１３７を設けることで環状通路１３８の流路断面積を適度に保ち、環状通路１３８における渦流の流速を確保している。テーパ部１３７を設けることによる効果について以下に詳述する。

図６は、環状通路１３８における湯水の流速をＣＡＥ解析した結果について示す図である。図６（Ａ）は、本実施形態としてテーパ部１３７を設けた場合を示し、図６（Ｂ）は、比較例としてテーパ部１３７を設けない場合を示す。これらの図においては、内筒１３６の外周面における湯水の流速が濃淡によって示されている。

本実施形態によれば、図６（Ａ）に示すようにテーパ部１３７近傍において湯水の流速が大きい。これは、内筒１３６の外周面にテーパ部１３７を設けて環状通路１３８の断面積を小さくしたことに起因する。環状通路１３８の断面積を小さくしたことで、そこを通過する湯水の流速が向上する。環状通路１３８を流れる湯水の流速が大きくなることで、第１流路１０５における接続点１１１の上流側において渦を誘発しやすくなる。したがって、羽根車１２０（図３参照）を十分に回転させることができる。

これに対し、比較例においては図６（Ｂ）に示すように、本実施形態と比較して内筒１３６の外周面近傍における湯水の流速が小さい。これは、比較例においては環状通路１３８の断面積が本実施形態と比較して大きいことに起因する。環状通路１３８の断面積が大きいとそこを通過する湯水の流速が小さくなる。上述のとおり、この流速が小さくなると、第１流路１０５における接続点１１１の上流側において渦を誘発しにくくなり、羽根車１２０を十分に回転させることができなくなる。

言い換えれば、本実施形態の検出ユニット６８は、内筒１３６の肉厚を大きくすることで、環状通路１３８における湯水の流速を比較例に比して大きくなるように設定されている。この構造により、本実施形態の検出ユニット６８は、拡管部１４１において流速の大きい渦流を発生させるとともに、第１流路１０５における接続点１１１の上流側において渦を確実に誘発させられる。すなわち、本実施形態の検出ユニット６８は、追い炊き時においても渦流誘発効果を確実に発揮させることができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、渦流誘発構造を設けたことにより、第２流路１０９において接続点１１１へ向かう湯水の流れを第１流路１０５の軸線Ｌ１に対して偏った位置に導くことができる。それにより、接続点１１１及び第１流路１０５における接続点１１１より上流の位置において軸線Ｌ１周りに旋回する渦流を発生させることができる。この渦流によって、羽根車１２０を回転させることができる。加えて、本実施形態においては、第１ボディ９３（ボディ９１）は第１流路１０５における接続点１１１の位置において拡径する拡管部１４１を有する。この構造により、仮に小石等の異物が第２流路１０９へ侵入した場合であっても、異物が渦流によって拡管部１４１の内周面へと押しやられる。したがって、異物がセンサ本体１１２内部へ導かれることを防止でき、異物による羽根車１２０等の損傷を防止できる。

また、本実施形態によれば、下流側通路１４４に突出部１４７を設ける。この構造により、環状通路１３８において発生した旋回流（渦流）の回転方向の流れを軸線方向の流れへと変化させる。したがって、小石等の異物を拡管部１４１に滞留させることなく、効率的に下流側へ導くことができる。その結果、異物による羽根車１２０等の損傷を防止できる。

さらに、本実施形態によれば、内筒１３６の外周にテーパ部１３７を設け、内筒１３６の外径がその開口端から基端側へ向けて大きくなるようにする。この構造により、環状通路１３８の流路断面積がテーパ部１３７を設けない場合に比べて小さくなり、環状通路１３８を流れる湯水の流速を大きくすることができる。つまり、第１流路１０５における接続点１１１より上流側において、渦を誘発しやすくなる。したがって、追い炊き時においても羽根車１２０を十分に回転させることができる。

（変形例）
図７～９は、変形例に係る第２ボディの構成を表す図である。図７は第１変形例を示し、図８は第２変形例を示し、図９は第３変形例を示す。各図（Ａ）は図４（Ａ）に対応し、各図（Ｂ）は図４（Ｂ）に対応する。

図７に示す第１変形例に係る第２ボディ２９９は、突出部の形状が第２ボディ９９と異なる。第２ボディ２９９の突出部２４７は、縮径部１４９に設けられているテーパ面において、その上流側から下流側へ向かう方向に全域にわたって延在している。また、突出部２４７は突出部１４７に比べて、縮径部１４９から下流側通路１４４の半径方向内向きへと突出する高さが大きい。言い換えれば、突出部２４７は突出部１４７に比べて、渦流の回転方向の流れが当たる面積（突出部２４７の側面の面積）が大きい。この構造により、第２ボディ２９９は第２ボディ９９と比較して渦流の回転方向の流れを軸線方向の流れへと変化させる効果が大きい。一方、第２ボディ２９９においては、渦流の回転方向の流れは弱くなる。この回転方向の流れが弱くなると、羽根車１２０の回転数が小さくなる。すなわち、第２ボディ２９９においては、羽根車１２０の回転が不十分となる可能性がある。言い換えれば、第２ボディ２９９より第２ボディ９９の方が羽根車１２０をより効果的に回転することができる。

図８に示す第２変形例に係る第２ボディ３９９は、突出部の形状が第２ボディ９９と異なる。第２ボディ３９９の突出部３４７は、軸線方向の長さが突出部１４７より大きい。また、突出部３４７は、その端面３４９に下流側へ向かうほど軸線に近づく向きで傾斜を有する。つまり、突出部３４７は、突出部２４７（図７参照）よりもその側面の面積が小さい。突出部３４７においても、渦流の回転方向の流れを軸線方向の流れへと変化させる効果を有するが、その効果は突出部２４７よりも小さい。一方、第２ボディ２９９（図７参照）よりも第２ボディ３９９の方が渦流の回転方向の流れが強い。したがって、突出部３４７は羽根車１２０をより効果的に回転させることができる。第２ボディ３９９と第２ボディ９９のどちらが渦流の軸線方向への変化が大きいかについては、突出部における側面の面積の大小関係によって決まる。側面の面積がより大きい方が、渦流の回転方向の流れを軸線方向の流れへと変化させる効果が大きい。一方、側面の面積がより小さい方が、渦流の回転方向の流れが強いため、羽根車１２０をより効果的に回転させることができる。

図９に示す第３変形例に係る第２ボディ４９９は、突出部及び縮径部の形状が第２ボディ９９と異なる。第２ボディ４９９の縮径部４４９は、段形状を有する。すなわち、第２ボディ４９９は、上流側開口端１０１を有する大径部４５２と、下流側通路１４４において大径部４５２より下流側で内径が小さくなっている部分である小径部４５４とを有する。大径部４５２と小径部４５４との間には段部４５６が形成されている。第２ボディ４９９の突出部４４７は、大径部４５２に設けられている。突出部４４７の突出高さは、段部４５６高さ（大径部４５２から小径部４５４までの半径方向内向きにおける高さ）より小さく設定されている。

第２ボディ４９９においても、突出部４４７によって渦流の回転方向の流れを軸線方向の流れへと変化させることができる。縮径部４４９を有し、突出部４４７を備えない第２ボディを検出ユニット６８（図３参照）へ適用する場合には、下流側通路１４４において大径部４５２の開口端（上流側開口端１０１）や段部４５６の位置で渦流の軸線方向成分が塞き止められ、湯水が下流側へ流れにくくなる虞がある。第２ボディ４９９に突出部４４７を設けたことで、渦流の軸線方向への流れを促進でき、湯水を下流側へ十分に流せるようになる。一方、縮径部４４９はテーパ形状を有しない。そのため、縮径部４４９は、図５（Ｂ）に関連して説明したテーパ形状による湯水の導出機能を有しない。したがって、第２ボディ４９９よりも第２ボディ９９の方が、突出部１４７による効果と縮径部１４９のテーパ形状による湯水の導出機能とによって、湯水を下流側へ流しやすい。

図１０は、変形例に係る検出ユニット６８の構成を表す断面図である。
変形例に係る検出ユニット６８は、第１ボディ２９１の形状が第１ボディ９３と異なる。第１ボディ２９１は、内筒２３６の外周面２３７が凹曲面となっている。外周面２３７は、内筒２３６の外径が内筒２３６の開口端から基端側へ向けて大きくなる態様で傾斜を有している。第１ボディ２９１においても、内筒２３６の外周面２３７が傾斜を有しない場合に比べて環状通路２３８の流路断面積が小さくなっている。したがって、環状通路２３８を流れる湯水の流速を大きくでき、第１流路１０５における接続点１１１より上流側の位置において渦を誘発しやすくなる。その結果、追い炊き時においても羽根車１２０を十分に回転させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態および変形例では、内筒を配管のボディと一体成形する例を示したが、軸受部と一体成形してもよい。あるいは、配管のボディと軸受部との間にそれらと別体の内筒（筒部品）を配設してもよい。

上記実施形態及び変形例では、第１ボディと第２ボディとを組み付けて検出ユニットのボディとした。この構造は、第３開口端に接続される配管等の径が変わる場合に、第２ボディのみ取り換えて第１ボディを共用できる構造である。変形例においては、拡管部（拡径部）を有するボディを一体成型して検出ユニットのボディとしてもよい。この場合には、ボディの第２流路における接続点より下流側において突出部を一体に成型してもよいし、突出部を第３開口端から内挿させてボディへ圧入固定してもよい。いずれの場合においても、突出部を接続点における第２流路の上流側通路の開口端よりも下流側に設ける。このような構成とすることにより、接続点（拡管部）における渦流を乱すことなく湯水の軸線方向への流れを強めることができる。

上記実施形態及び変形例では、突出部の数を４つとした。変形例においては、突出部の数を増やしてもよいし減らしてもよい。上述した突出部の効果は、突出部が１つであっても得られるが、渦流の回転方向成分の軸線方向成分への変化を周方向に等間隔で発生させるという観点から、複数個設けるのが好ましい。突出部の数が多いほど（突出部における側面の面積の合計が大きいほど）渦流の軸線方向への流れを強くできる一方、回転方向への流れが弱くなり羽根車の回転を弱める可能性がある。突出部の個数については突出部の効果と羽根車の回転等とのバランスを鑑みて適宜設定すればよい。

また、変形例においては、突出部の形状を上記実施形態及び変形例と異なるものとしてもよい。例えば、第３変形例に係る突出部の突出高さを段部の幅と同じとしてもよいし、段部の幅より大きいとしてもよい。あるいは、突出部が突出する方向を湯水の渦流の回転方向へ湾曲させてもよい。この場合においても、突出部は下流側通路の内壁からその半径方向内向きへと突出している。突出部の形状についても、突出部の効果と湯水の流速の低下とのバランスを鑑みて適宜設定すればよい。

上記実施形態および変形例では、内筒１３６、２３６の開口端を接続点１１１の中央に位置させているが、接続点１１１の中央よりも上流側に位置させてもよい。あるいは、接続点１１１の下流側に位置させてもよい。

上記実施形態では羽根車１２０として平羽根を採用したが、例えばスクリュー状に捻られた羽根（「ねじり羽根」ともいう）としてもよい。それにより、センサ本体１１２の整流器１２１を単なる軸受部材に置き換えることができ、部品コストを削減することができる。このような構成でも回転軸１１８が２点支持される形となるため、羽根車１２０の安定した回転を維持し易くなる。

上記実施形態では述べなかったが、検出ユニットにおけるセンサ部９２（検出部）の上流側に逆止弁を配置してもよい。

上記実施形態では、回転体を４枚の羽根を有する羽根車として構成する例を示したが、羽根の枚数は４枚に限られず、適宜設定することができる。また、回転体として平板や整流形状（整流羽根のような形状）のものを採用することもできる。

上記実施形態では、上記検出ユニットを３つの開口端を備える三つ叉の分岐配管に設ける例を示したが、４つの開口端を備える分岐配管など、種々の配管に設けてもよいことは言うまでもない。４つの開口端を備える分岐配管とする場合、例えば、第１開口端と第２開口端とをつなぐ第１流路と、第３開口端と第４開口端とをつなぐ第２流路とを形成し、両流路が互いの中間部にて接続される構成としてもよい。その場合、第１開口端につながる第１流路の上流側流路と、第４開口端につながる第２流路の下流側流路とが接続点を介して直線状に接続されるようにしてもよい。そして、共通の回転軸に羽根車（回転体）を設け、その羽根車を第１流路の上流側流路に配置してもよい。

そのような構成において、第２流路における上流側から接続点へ向かう流体を、第１流路の上流側流路の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、第１流路における接続点への開口部よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造を設けてもよい。そして、第１流路の上流側通路から接続点に向けて円筒状の内筒を延出させ、ボディとの間に二重管構造を形成させてもよい。

上記実施形態では、管接手を検出ユニットのボディとした。検出ユニットのボディについては配管状に限らない。変形例においては、樹脂製のブロックに流路を形成して検出ユニットのボディとしてもよい。また、ボディの材質については樹脂に限らず、ステンレス鋼等の他の材質からなるとしてもよい。

上記実施形態及び変形例においては、内筒の外周面をテーパ面または凹曲面とした。変形例においては、凸曲面等の他の傾斜面としてもよい。

上記実施形態では、第１流路を横向きとして検出ユニットを使用する態様について説明した。変形例においては、第３開口端を下向きとする態様で第１流路を縦向きとなるように検出ユニットを配置してもよい。実施形態及び変形例のどちらにおいても、下流側流路に突出部を設ける効果は発揮されるが、変形例においては第２流路における接続点より下流側の位置において石等の異物は重力によって導出方向へ流れやすくなっている。実施形態における検出ユニットの方が、突出部がより効果的に機能する。

上記実施形態では、第１ボディに対して第２ボディをねじによって取り付ける態様を説明した。第１ボディと第２ボディとの組付け態様についてはこれに限らず、第１ボディに係止腕部、第２ボディに係止突起部をそれぞれ設けて両者を互いに係止させる等の種々の組付け態様を適用できる。

なお、上記実施形態では、検出ユニットに混入する異物として石を想定したが、プラスチック片や埃等の他の異物に対しても同様の効果が得られる。

本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１３ 浴槽、１５ ねじ、３２ 給湯配管、６８ 検出ユニット、７０ 熱交換器、８０ 接続通路、８２ 循環通路、８４ ポンプ、９０ 分岐配管、９１ ボディ、９２ センサ部、９３ 第１ボディ、９４ 導入管部、９５ 直管部、９６ 導入出管部、９７ 曲がり管部、９８ 導出管部、９９ 第２ボディ、１０１ 上流側開口端、１０２ 接続部、１０３ 端面、１０５ 第１流路、１０６ 第１開口端、１０７ 分岐流路、１０８ 第２開口端、１０９ 第２流路、１１０ 第３開口端、１１１ 接続点、１１２ センサ本体、１１３ ねじ穴、１１４ 検出部、１１５ フランジ部、１１６ ボディ、１１７ 挿通部、１１８ 回転軸、１１９ 環状凹部、１２０ 羽根車、１２１ 整流器、１２２ 羽根、１２３ シール部材、１２４ 第１軸受、１２６ 第２軸受、１２８ 連通孔、１３２ 整流羽根、１３４ 段部、１３６ 内筒、１３７ テーパ部、１３８ 環状通路、１４１ 拡管部、１４２ 上流側流路、１４３ 開口部、１４４ 下流側通路、１４７ 突出部、１４９ 縮径部、２３６ 内筒、２３７ 外周面、２３８ 環状通路、２４７ 突出部、２９１ 第１ボディ、２９９ 第２ボディ、３４７ 突出部、３４９ 端面、３９９ 第２ボディ、４４９ 縮径部、４９９ 第２ボディ、Ｌ１ 軸線、Ｌ２ 軸線、Ｐ 分岐点。

Claims (9)

1. 流体の流動状態を検出するための検出ユニットであって、
   直線状の第１流路と、前記第１流路の途中において接続する第２流路とが内部に設けられた配管状のボディと、
   前記第１流路に沿って延在する回転軸を有し、前記第１流路を通過する流体の流れに応じて回転する回転体と、
   前記第１流路における前記第２流路との接続点への開口部よりも上流側に設けられ、前記回転軸を回転可能に支持する軸受部と、
   前記回転体の回転状態を検出するための検出部と、
   前記第２流路における上流側から前記接続点へ向かう流体を前記第１流路の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、前記第１流路における前記接続点よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造と、
   前記第１流路に沿って前記軸受部の下流側に向けて軸線方向に延在し、前記接続点の位置で前記ボディと二重管構造を形成する内筒と、
   を備え、
   前記ボディの内周面と前記内筒の外周面との間に、前記第２流路の上流側から前記接続点に流入した流体を前記第１流路の軸線周りに旋回させるための環状通路が形成され、
   前記ボディは、前記第１流路における前記接続点の位置において、前記接続点より上流側よりも内径及び外径が共に拡径している拡管部を有することを特徴とする検出ユニット。
2. 前記ボディには、前記第１流路における前記接続点よりも下流側に位置する下流側通路において、その内壁から半径方向内向きへと突出する突出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の検出ユニット。
3. 前記突出部は前記下流側通路の軸線と平行に延びるリブであることを特徴とする請求項２に記載の検出ユニット。
4. 前記下流側通路は、下流側へ向けて縮径する縮径部を有し、
   前記突出部は、前記縮径部に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の検出ユニット。
5. 前記縮径部は、段形状であることを特徴とする請求項４に記載の検出ユニット。
6. 前記縮径部は、下流側へ向けて縮径するテーパ形状を有し、
   前記突出部は、前記テーパ形状が設けられている位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の検出ユニット。
7. 前記ボディは、
   前記接続点と、前記第１流路における前記接続点よりも上流側の流路と、が設けられた第１ボディと、
   前記縮径部が設けられた第２ボディと、
   を含むことを特徴とする請求項４～６のいずれかに記載の検出ユニット。
8. 前記内筒の外径は、前記内筒の開口端から基端側に向けて大きくなっていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の検出ユニット。
9. 流体の流動状態を検出するための検出ユニットであって、
   直線状の第１流路と、前記第１流路の途中において接続する第２流路とが内部に設けられたボディと、
   前記第１流路に沿って延在する回転軸を有し、前記第１流路を通過する流体の流れに応じて回転する回転体と、
   前記第１流路における前記第２流路との接続点への開口部よりも上流側に設けられ、前記回転軸を回転可能に支持する軸受部と、
   前記回転体の回転状態を検出するための検出部と、
   前記第２流路における上流側から前記接続点へ向かう流体を前記第１流路の軸線に対して片側に偏った位置に導くことにより、前記第１流路における前記接続点よりも上流側にその軸線周りに旋回する渦流を発生させる渦流誘発構造と、
   前記第１流路に沿って前記軸受部の下流側に向けて軸線方向に延在し、前記接続点の位置で前記ボディと二重管構造を形成する内筒と、
   を備え、
   前記ボディの内周面と前記内筒の外周面との間に、前記第２流路の上流側から前記接続点に流入した流体を前記第１流路の軸線周りに旋回させるための環状通路が形成され、
   前記第１流路は、前記接続点における流路径が前記接続点より上流側における流路径よりも大きくなるように形成されており、
   前記ボディには、前記第１流路における前記接続点よりも下流側に位置する下流側通路において、その内壁から前記下流側通路の軸線へ向けて突出する突出部が設けられていることを特徴とする検出ユニット。

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